JP2007069281A

JP2007069281A - 金型装置

Info

Publication number: JP2007069281A
Application number: JP2005256749A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Fujii; 正秋藤井; Kazuo Ise; 和雄伊勢
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】被加工材の穴穴開け加工に際して被加工材の汚れの防止。
【解決手段】ダイスプレート３６とストリッパプレート２２との間に被加工材４０を配置し、パンチ２６をストリッパプレート２２に設けたパンチガイド穴３０でガイドさせながらパンチ下端のピン２８をストリッパプレート２２外に突出させて被加工材４０を穴開け加工する金型装置であって、パンチガイド穴３０内に、ピン２８の直径と同等程度以上のピンガイド穴６０ｃを、また、ピンガイド穴６０ｃに連通して該ピンガイド穴６０ｃよりも大径のクリアランス６０ｄを備えるガイドブッシュ６０を配置し、ガイドブッシュ６０のクリアランス６０ｄのガイド方向長さを使用ピン部分の長さ以上に設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の被加工材（ワーク）に穴開け加工する際に用いる金型装置に関するものである。この被加工材には例えば、樹脂製のシート体や研磨パッド等が好ましく適用される。

シート状の被加工材には例えば、シリコンウエハの化学的機械研磨（通称ＣＭＰ）に用いるウレタン製の研磨パッドがある。このような研磨パッドにおいては、研磨スラリーの供給や排出性を向上させて研磨速度の増大や研磨スラリーの保持性改善を図るためにその表裏面に貫通した多数の穴を備えたものがある(特許文献１参照)。

このように研磨パッドに多数の穴を開ける穴開け加工（パーホレーション加工）は、従来より、鉄板等の硬い被加工材の打ち抜きに用いる金型装置が流用されている。

図６を参照して従来の金型装置を用いて被加工材である研磨パッドに穴開け加工を行う例を説明する。図６において２はプレス上型、４はプレス下型である。これら上型２と下型４との間に金型装置６が配置される。金型装置６は上金型８と下金型１０とを備える。上金型８はその下面両側４隅に設けたアウタガイド筒１２を下金型１０の上面両側４隅に設けたアウタガイドポスト１４に案内することにより下金型１０に対して昇降自在になっている。上金型８の下面にはバッキングプレート１６が固定され、バッキングプレート１６の下面にはパンチプレート１８が固定されている。バッキングプレート１６にはインナガイドポスト２０の上端部が固定されている。インナガイドポスト２０の下端部は下方に延びストリッパプレート２２に設けたガイド穴２４に挿通され、さらに下方に延びている。バッキングプレート１６にはパンチ２６の上端部が固定されている。パンチ２６の下端部は穴開けピン２８が突設されており、ストリッパプレート２２に設けたパンチガイド穴３０に挿通され、穴開けピン２８は、そのパンチガイド穴３０の底面に設けたピンガイド穴３２に挿通自在になっている。

下金型１０の上面には、バッキングプレート３４が載置され、このバッキングプレート３４の上にダイスプレート３６が固定されている。バッキングプレート３４とダイスプレート３６にインナガイドポスト２０の下端部が挿通されるガイド穴（符号付け略）が設けられている。ダイスプレート３６にはパンチ２６の穴開けピン２８が挿通可能な穴３８が形成されている。

以上の構成を備えた金型装置６を用いて被加工材として研磨パッド４０に穴開け加工を施す場合、プレス上型２とプレス下型４との間に金型装置６をセットし、金型装置６のダイスプレート３６上に研磨パッド４０を載置し、次いで、プレス上型２により上金型８を下方へ押圧してストリッパプレート２２を研磨パッド４０の表面に当接させさらに上金型８を下降させる。これによって、パンチ２６がストリッパプレート２２のパンチガイド穴３０にガイドされつつその穴開けピン２８がピンガイド穴３２にガイドされストリッパプレート２２外に突出して研磨パッド４０を打ち抜き、研磨パッド４０には穴開けピン２８に対応した大きさの貫通穴を開ける。

図７は、以上の構成を備えた金型装置６の穴開け加工においての課題の説明に用いるもので、ストリッパプレート２２と、パンチ２６の穴開けピン２８と、被加工材である研磨パッド４０と、ダイスプレート３６との要部を示す図である。ストリッパプレート２２には、パンチ２６をガイドする大径のパンチガイド穴３０と、そのピン２８をガイドする小径のピンガイド穴３２とが連通しかつ段差をつけて形成されている。

以上の構成を備えた従来の金型装置６を用いて、研磨パッド４０に穴開け加工を施すに際しては、高精密、高精度な穴開け加工を目的として、その加工時に穴の外周縁に発生するバリやカエリを無くすべく、ピン２８外周面とピンガイド穴３２内周面とのクリアランスを可能な限り小さくしたり、あるいは、プレス能力の高い設備を使用して精密に切断するファインブランキングで穴開け加工を用いていた。

しかしながら、このような高精密、高精度な穴開け加工では、図８で示すように穴開け加工された研磨パッド４０の加工穴４２内周面やその周辺に例えば黒ずんだ汚れ４４が発生していた。そして、本発明者らはその汚れ４４の原因の究明を図るべく鋭意研究した結果、この汚れ４４は、穴開け加工時に穴開けピン２８がピンガイド穴３２の内周面と擦れて削り屑４６等が穴開けピン２８に付着し、その削り屑４６が研磨パッド４０の加工穴４２に付着していたことに原因があると解明することができた。

このような汚れ４４は除去しにくく半導体の研磨に用いる研磨パッド４０にとってその製品価値を損なうものであるために、汚れ４４が加工穴４２に付着しないように上記穴開け加工時において穴開けピン２８がピンガイド穴３２の内周面と擦れる原因をさらに追求して研究を進めた結果、
第１に、穴開け加工の対象が、打ち抜き荷重が小さくて済む研磨パッドであるために、金型がその扱い性向上のため軽量とされ、かつ、低剛性とされていたこと、その一方で、近年、研磨パッドが大型大面積化していたこと、とにより、研磨パッドに対して穴開け加工を施す場合、研磨パッドの重量により金型が中央部で撓みやすいこと、そして、
第２に、ピンの先端が上記撓みによりピンガイド穴の内周面を擦ってその内周面の一部を削り取り、その削り屑が付着した状態で研磨パッドの表裏面を貫通して裏面に到達する寸法関係に設定されていたことが、穴開け加工した加工穴の外周縁に汚れとして転写していた。

以上により被加工材がシリコンウエハの場合、加工穴の外周縁の汚れは半導体集積回路の製造に深刻な影響を及ぼす。そのため、研磨パッドの穴開け加工では、そのような汚れを極力排除する必要がある。
特開平１１―２８５９６２号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、金型がその扱い性向上のため軽量とされ、かつ、低剛性とされても、さらに、研磨パッド等のシート状の被加工材が大面積化されても、ピン先端がピンガイド穴内周面に擦られることなく、これによって、加工穴に汚れが付着することなく、高精度、高精密に、当該被加工材に穴開け加工を実施することができるようにすることである。

本発明第１に係る金型装置は、ダイスプレートとストリッパプレートとの間に被加工材を配置し、パンチをストリッパプレートに設けたパンチガイド穴内をガイドさせつつ下降させてパンチ下端のピンをストリッパプレート外に突出させて被加工材を穴開け加工する金型装置において、パンチガイド穴内に、上記ピンをガイド可能な穴径を有するピンガイド穴と、このピンガイド穴に連通して該ピンガイド穴よりも大径のクリアランスとを備えるガイドブッシュを配置し、このガイドブッシュのクリアランスのガイド方向長さをピンにおける被加工材の穴開け加工に使われるピン部分（使用ピン部分）の長さ以上に設定したことを特徴とするものである。

クリアランスのガイド方向長さは、例えば、使用ピン部分が被加工材の板厚であれば、板厚と同等程度に設定するとよく、さらに、使用ピン部分が被加工材を貫通後も、さらに被加工材の裏面から突出する場合は、その突出する長さも含めたガイド方向長さに設定するとよい。

したがって、本発明第１においては以下の作用効果を有する。すなわち、ピンはストリッパプレート外に突出して被加工材を穴開け加工した後は、ストリッパプレート内に退避してくるが、ピンにおける被加工材の穴開け加工に使われた使用ピン部分に対応してガイドブッシュのクリアランスのガイド方向長さが設定されているので、その使用ピン部分はガイドブッシュのピンガイド穴に入り込むことがなくなり、したがって、そのピンガイド穴の内周面により擦られることがないので、その使用ピン部分には汚れが発生しない。もちろん、多数のパンチガイド穴が配列された被加工材、例えば大型大面積の研磨パッドに一度に多数の穴開け加工を施すために低剛性のストリッパプレートを長くしたために、ストリッパプレートが中央部で撓んでも、いずれのパンチ下端部のピンも、その使用ピン部分はピンガイド穴の内周面に削られるようなことがなく汚れが発生しない。

したがって、研磨パッドに対して汚れなく所望の穴開け加工を施すことができるようになり、結果として穴開け加工に際して研磨パッドの不良率を大幅に低減することができるようになる。

本発明第１の一態様として、ストリッパプレートのパンチガイド穴のピンガイド方向下流側を拡径してガイドブッシュ嵌合穴を形成し、このガイドブッシュ嵌合穴にガイドブッシュを嵌合することができる。

この態様では、ガイドブッシュをストリッパプレートに安定して装着することができて好ましい。

本発明第２の金型装置は、ダイスプレートとストリッパプレートとの間に被加工材を配置し、パンチをストリッパプレートに設けたパンチガイド穴内をガイドさせつつ下降させてパンチ下端のピンをストリッパプレート外に突出させて被加工材を穴開け加工する金型装置において、ストリッパプレートのパンチガイド穴におけるピンの出口側に上記ピンのガイドが可能な穴径を有するピンガイド穴と、このピンガイド穴に連通して該ピンガイド穴よりも大径のクリアランスとを設け、かつ、このクリアランスのガイド方向長さをピンにおける被加工材の穴開け加工に使われるピン部分（使用ピン部分）の長さ以上に設定したことを特徴とするものである。

したがって、本発明第２においては以下の作用効果を有する。すなわち、ピンはストリッパプレート外に突出して被加工材を穴開け加工した後は、ストリッパプレート内に退避してくるが、ピンにおける被加工材の穴開け加工に使われた使用ピン部分に対応してガイドブッシュのクリアランスのガイド方向長さが設定されているので、その使用ピン部分はガイドブッシュのピンガイド穴に入り込むことがなくなり、したがって、そのピンガイド穴の内周面に擦られることがないので、その使用ピン部分は汚れが発生しない。もちろん、多数のパンチガイド穴が配列させて被加工材である例えば大型大面積の研磨パッドに一度に多数の穴開け加工を施すために低剛性のストリッパプレートを長くしたために、ストリッパプレートが中央部で撓んでも、いずれのパンチ下端部のピンも、その使用ピン部分はピンガイド穴の内周面に削られるようなことがなく汚れが発生しない。

好ましくは、クリアランスの内径を、上記ピンの外径の１．０５〜１．２倍に設定することができる。１．０５倍未満であるとクリアランスが小さいため汚れを完全に防止することが難しく、１．２倍超ではバリやカエリを完全に防止することができない恐れがあり且つ研磨のパッドの穴加工部分周辺に変形を与えるという問題を生じる可能性がある。

好ましくは、ガイドブッシュの少なくともピンガイド穴の内周面が硬質材料で作製することができる。硬質材であれば、ピンガイド穴の内周面がピンで擦られても、その内周面が削られにくくすることができて好ましい。

本発明によると、加工穴に汚れが付着することなく、高精度、高精密に、当該被加工材に穴開け加工を実施することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る金型装置を詳細に説明する。

図１は実施の形態の金型装置の部分的な断面図である。同図を参照して、２はプレス上型、４はプレス下型である。これら上型２と下型４との間に金型装置６が配置される。この金型装置６は、上金型８と下金型１０とを備える。上金型８はその下面両側４隅に設けたアウタガイド筒１２を下金型の上面両側４隅に設けたアウタガイドポスト１４に案内することにより下金型１０に対して昇降自在になっている。上金型８の下面にはバッキングプレート１６が固定され、バッキングプレート１６の下面にはパンチプレート１８が固定されている。バッキングプレート１６にはインナガイドポスト２０の上端部が固定されている。インナガイドポスト２０の下端部は下方に延びストリッパプレート２２に設けたガイド穴２４を貫通してさらに下方に延びている。バッキングプレート１６にはパンチ２６の上端部が固定されている。パンチ２６はその下端部に穴開けピン２８が突設されており、ストリッパプレート２２に設けたパンチガイド穴３０に挿通され、穴開けピン２８は、そのパンチガイド穴３０の底面に設けたピンガイド穴３２に挿通自在になっている。

ストリッパプレート２２は、図６とは異なって、ダイスプレート３６とストリッパプレート２２とに形成された貫通穴５０、５２にストリッパプレート固定ボルト５４が配置されている。ボルト５４はその頭部がストリッパプレート２２の貫通穴５２の段差に係合することによりストリッパプレート２２に係合して抜け止めされている。これにより、ストリッパプレート２２はダイスプレート３６に結合されている。そして、ストリッパプレート２２とダイスプレート３６との間に隙間保持シム５６が介装されている。隙間保持シム５６の肉厚は、ストリッパプレート２２とダイスプレート３６との間に配置される被加工材である例えば研磨パッド４０の肉厚に対応して適宜に選定される。

以上の構成を備えた金型装置６においては、ストリッパプレート２２のパンチガイド穴３０内のピン出口側に以下の構成を備えたガイドブッシュ６０を装着して研磨パッド４０等のシート状被加工材に穴開け加工を実施可能としたことに特徴を有する。

以下、ガイドブッシュ６０の構成を中心に説明すると、このガイドブッシュ６０は、タングステンカーバイト（ＷＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、焼結ダイヤモンド、ボロンナイトライドカーバイド（ＣＢＮ）、ジルコニア（Ｚｒ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、鋼材（Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ等の焼入れ鋼）等の硬質材から構成することができる。また、エンジニアリングプラスチックやその他の樹脂を硬質材として用いることができる。

ストリッパプレート２２はそのパンチガイド穴３０の下側のピン出口側つまりガイド方向下流側にガイドブッシュ６０を装着するために、パンチガイド穴３０の穴径（Ｄ１）より大径で好ましくは穴径Ｄ１の１．０３倍以上の穴径（Ｄ２）を有するガイドブッシュ嵌合穴６２が形成されている。この場合、ガイドブッシュ嵌合穴６２の穴径（Ｄ２）の上限の限定は特にはないが、好ましくはストリッパプレート２２の強度や隣接するパンチガイド穴３０との位置関係によりその上限を適宜に設定することができる。

ガイドブッシュ嵌合穴６２の穴深さ（Ｌ１）はガイドブッシュ６０の高さ（Ｈ１）にほぼ同じとされ、ガイドブッシュ６０の下端部がガイドブッシュ嵌合穴６２からストリッパプレート２２外に突出しないようになっている。そして、ガイドブッシュ６０は、このガイドブッシュ嵌合穴６２に嵌合されて抜け止めされている。

ガイドブッシュ６０は、外径（Ｄ３）が一様で、かつ内径（Ｄ４）が小径の上側円筒部分６０ａと内径（Ｄ５）が大径の下側円筒部分６０ｂとで構成した段付き円筒形状であり、その上側円筒部分６０ａの内周面はピンガイド穴６０ｃを構成し、下側円筒部分６０ｂの内周面はクリアランス６０ｄを構成する。

ガイドブッシュ６０の外径（Ｄ３）は、ガイドブッシュ嵌合穴６２と同等もしくはそれより大きく、好ましくはガイドブッシュ嵌合穴６２の穴径（Ｄ２）の１．０５倍以上である。

ピンガイド穴６０ｃは、ピン２８が接触しない程度でピン２８のガイドが可能な程度の穴径（Ｄ４）（＝上側円筒部分６０ａの内径Ｄ４）を有する。

クリアランス６０ｄは、ピンガイド穴６０ｃを通して挿入されてくるピン２８の外径（Ｄ６）に対して、その１．０５倍〜１．２倍、大径であるクリアランス径（Ｄ５）（＝下側円筒部分６０ｂの内径Ｄ５）と、被加工材の厚み（Ｌ１）の１．１〜１．５倍以上のガイド方向長さ（Ｈ２）とを有する。

以上の構成を備えた金型装置６を用いてシート状被加工材例えば研磨パッド４０に穴開け加工を施す場合、その研磨パッド４０の厚みに対応した隙間保持シム５６をストリッパプレート２２とダイスプレート３６との間に介装してストリッパプレート２２とダイスプレート３６との隙間を保持させ、この隙間に研磨パッド４０を挿入する。そして、ダイスプレート３６上に研磨パッド４０を載置し、次いで、プレス上型２により上金型８を下降させると、パンチ２６の穴開けピン２８が上金型８と共に下降してストリッパプレート２２のパンチガイド穴３０、ならびにガイドブッシュ６０のピンガイド穴６０ｃおよびクリアランス６０ｄを通してストリッパプレート２２外に突出し、研磨パッド４０を打ち抜き、研磨パッド４０にピン２８に対応した大きさの貫通穴４２を開ける。

次に、図３を参照して研磨パッド４０に対する穴開け加工について説明する。図３（ａ）は、研磨パッド４０に穴開け加工を施す前のピン２８の位置を示し、図３（ｂ）は、研磨パッド４０にピン２８が貫通しダイスプレート３６のピンガイド穴３８に貫入した状態を示し、図３（ｃ）は、穴開け加工が終了しピン２８が加工前の位置まで引き上げられた状態を示す。すなわち、ピン２８は図３（ａ）から図３（ｂ）で示すようにストリッパプレート２２外に突出して研磨パッド４０に穴開け加工した後、ストリッパプレート２２内のガイドブッシュ６０のクリアランス６０ｄに退避してくるが、ピン２８における研磨パッド４０の穴開け加工に使われた使用ピン部分２８ａに対してガイドブッシュ６０のクリアランス６０ｄのガイド方向長さＨ２が長く設定されているので、その使用ピン部分２８ａはガイドブッシュ６０のピンガイド穴６０ｃに入り込むことがなくクリアランス６０ｄ内にとどまる。したがって、ピン２８はガイドブッシュ６０のピンガイド穴６０ｂの内周面に擦られることがないので、その使用ピン部分２８ａには汚れが発生しない。そのため、図４で示すように、穴開け加工の研磨パッド４０の加工穴４２の周辺部分には汚れは全く認められなかった。

図５は本発明の他の実施の形態にかかる金型装置６の断面構造を示す図である。図１と対応する部分には同一の符号を付している。ストリッパプレート２２のパンチガイド穴３０の出口側の内周面をピン２８の矢印方向６２に向けて順次、段差を付けて縮径して、内径（Ｄ４）で小径の上側段差部分６４と内径（Ｄ５）で大径の下側段差部分６６とを形成し、上側段差部分６４の内周面で前記ピンガイド穴６０ｃを構成し、下側段差部分６６の内周面で前記クリアランス６０ｄを構成する。

したがって、図５の実施の形態においてもガイドブッシュ６０と同様の作用効果を達成することができる。この作用効果についての説明は略する。

ガイドブッシュ６０として、Ｄ４＝１．０２ｍｍ、Ｄ５＝１．１ｍｍ、Ｈ１＝３ｍｍ、Ｈ２＝１．５ｍｍとし、ガイドブッシュ６０の材質としては、Ｓ３５Ｃを使用して研磨パッドの穴開け加工を実施した結果は、研磨パッドの加工穴に汚れはまったく認められなかった。

図１は本発明の実施の形態にかかる金型装置の断面構造を示す図である。図２はガイドブッシュの正面断面図である。図３は実施の形態による研磨パッドへの穴開け加工の説明に供する図である。図４は図３の穴開け加工後の研磨パッドの要部平面図である。図５は本発明の他の実施の形態にかかる金型装置の断面構造を示す図である。図６は従来例にかかる金型装置の断面構造を示す図である。図７は従来技術を用いたときの穴加工作業中のピンの動き及び汚れの状態を示す。図８は従来例の金型装置を用いて穴開け加工後の研磨パッドの要部平面図である。

符号の説明

２プレス上型
４プレス下型
６金型装置
８上金型
１０下金型
２２ストリッパプレート
３０パンチガイド穴
６０ガイドブッシュ
６０ｃピンガイド穴
６０ｄクリアランス

Claims

ダイスプレートとストリッパプレートとの間に被加工材を配置し、パンチをストリッパプレートに設けたパンチガイド穴内をガイドさせつつ下降させてパンチ下端のピンをストリッパプレート外に突出させて被加工材を穴開け加工する金型装置において、
パンチガイド穴内に、上記ピンをガイド可能な穴径を有するピンガイド穴と、このピンガイド穴に連通して該ピンガイド穴よりも大径のクリアランスとを備えるガイドブッシュを配置し、
このガイドブッシュのクリアランスのガイド方向長さをピンにおける被加工材の穴開け加工に使われるピン部分（使用ピン部分）の長さ以上に設定した、ことを特徴とする金型装置。
ストリッパプレートのパンチガイド穴のピンガイド方向下流側を拡径してガイドブッシュ嵌合穴を形成し、このガイドブッシュ嵌合穴にガイドブッシュを嵌合した、ことを特徴とする請求項1に記載の金型装置。
ダイスプレートとストリッパプレートとの間に被加工材を配置し、パンチをストリッパプレートに設けたパンチガイド穴内をガイドさせつつ下降させてパンチ下端のピンをストリッパプレート外に突出させて被加工材を穴開け加工する金型装置において、
ストリッパプレートのパンチガイド穴におけるピンの出口側に上記ピンのガイドが可能な穴径を有するピンガイド穴と、このピンガイド穴に連通して該ピンガイド穴よりも大径のクリアランスとを設け、かつ、このクリアランスのガイド方向長さをピンにおける被加工材の穴開け加工に使われるピン部分（使用ピン部分）の長さ以上に設定した、ことを特徴とする金型装置。
上記クリアランスの内径を、上記ピンの外径の１．０５〜１．２倍に設定した、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金型装置。
上記ガイドブッシュの少なくともピンガイド穴の内周面が硬質材料で作製されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の金型装置。
金型装置のストリッパプレートに設けたパンチガイド穴に装着されるガイドブッシュであって、上記ガイド方向上流側にパンチ下端側のピンの直径と同等程度以上のピンガイド穴を、また、ガイド方向下流側にこのピンガイド穴に連通して該ピンガイド穴よりも大径のクリアランスをそれぞれ備え、かつ、このクリアランスのガイド方向長さが被加工材の板厚以上に設定されている、ことを特徴とするガイドブッシュ。
少なくともピンガイド穴の内周面が硬質材料で作製されていることを特徴とする請求項６に記載のガイドブッシュ。